mémoire - Centre National de Recherches Météorologiques

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Chapitre 1
Introduction
En dépit de cette référence à Lucrèce, n’allez pas imaginer que je vais ici m’attaquer à
l’histoire des progrès scientifiques accomplis sur la compréhension du cycle de l’eau depuis l’Antiquité.
Qu’il s’agisse de ses déplacements dans l’atmosphère sous forme de vapeur, de ses changements de
phase, de sa précipitation sous forme liquide ou solide, de son infiltration dans le sol, de son
ruissellement, ou de son évapo-transpiration, la molécule d’eau semble avoir dévoilé l’essentiel de ses
mystères. S’il revenait aujourd’hui parmi nous, Lucrèce serait néanmoins surpris de constater que la
grêle ou le gel des fleuves restent des phénomènes le plus souvent absents de nos représentations les
plus sophistiquées du climat. Sans doute également surpris d’apprendre que les modèles climatiques
demeurent incapables de simuler précisément le cycle de l’eau, non seulement dans ses manifestations
régionales ou extrêmes (sécheresses, inondations) mais également en terme de climatologie des
principaux réservoirs et des flux échangés entre les continents d’une part, l’atmosphère et l’océan
d’autre part. Enfin et surtout, stupéfait de réaliser à quel point il nous est encore difficile de prévoir où et
en quelle quantité tombera la pluie, demain, au cours des prochains mois, ou d’ici la fin du 21 ème siècle.
Il faut sans plus attendre préciser qu’un grain de sable est venu enrayer la mécanique
classique selon laquelle, jusqu’au début du 20 ème siècle, le mouvement des atomes, comme celui des
masses d’air ou des planètes, obéissait à une logique purement déterministe. Depuis Henri Poincaré
(1854-1912) et la théorie du chaos, nous savons en effet que ces mouvements sont par essence
imprévisibles dès lors que l’on se place à une échelle de temps où la moindre incertitude sur les
conditions initiales est amplifiée au point de modifier complètement la trajectoire du système étudié. Au
delà de cette difficulté fondamentale, il faut également souligner la complexité du système climatique au
sein duquel l’atmosphère ne peut être considérée comme un fluide en vase clos, mais en interaction
permanente avec les océans et les continents, notamment via le cycle de l’eau. Enfin, l’histoire de la
molécule d’eau se joue à de multiples échelles spatio-temporelles, allant de la microphysique des
nuages à la circulation océanique thermohaline, qui ne se contentent pas de se superposer mais sont
également le siège d’interactions non-linéaires.
La météorologie (du grec meteôros, élevé dans les airs) est souvent le premier exemple qui
vient à l’esprit lorsque l’on souhaite illustrer la théorie du chaos. Le célèbre « effet papillon » découvert
accidentellement au début des années 1960 par le météorologue américain Edward Lorenz (1917-)
illustre en effet l’impossibilité théorique de prévoir l’état instantané de l’atmosphère plus d’une dizaine
de jours à l’avance. Au delà de cette limite, commence le royaume du climat (du grec klima, inclinaison,
faisant référence à celle des rayons du soleil par rapport à la Terre). Ce terme désigne l’ensemble des
états de l’atmosphère sur une région ou sur le globe toute entier, et pendant une période donnée. La
climatologie se distingue donc de la météorologie par le fait qu’elle ne vise pas à décrire, comprendre,
et si possible prévoir, l’état de l’atmosphère à un instant donné, mais la distribution des états successifs
sur une période suffisamment longue pour en déterminer les principales statistiques.
La climatologie est une discipline relativement récente, car l’idée selon laquelle les conditions
climatiques ne sont pas immuables ne s’est imposée qu’au 18 ème siècle, grâce aux travaux des
premiers paléontologues (Buffon 1707-1788) faisant la preuve de l’existence passée de faunes de
climats chauds à nos latitudes. Ce sont les travaux de ces mêmes paléontologues qui ont conduit
l’astronome et météorologue allemand Alfred Wegener (1880-1930) à proposer la théorie de la « dérive
des continents » à laquelle fait allusion le sous-titre de ce mémoire. Aujourd’hui communément admise,